EP0275772B1 - Boîtier de dispositif électrique, notamment de parafoudre, incluant une enveloppe isolante moulée - Google Patents

Boîtier de dispositif électrique, notamment de parafoudre, incluant une enveloppe isolante moulée Download PDF

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EP0275772B1
EP0275772B1 EP87402925A EP87402925A EP0275772B1 EP 0275772 B1 EP0275772 B1 EP 0275772B1 EP 87402925 A EP87402925 A EP 87402925A EP 87402925 A EP87402925 A EP 87402925A EP 0275772 B1 EP0275772 B1 EP 0275772B1
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EP
European Patent Office
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envelope
cylindrical
enclosure
enclosure according
electrode
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP87402925A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0275772A1 (fr
Inventor
Guy St-Jean
André Hamel
Michel Bourdages
Daniel Dumont
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hydro Quebec
Original Assignee
Hydro Quebec
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Publication date
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Publication of EP0275772A1 publication Critical patent/EP0275772A1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/04—Housings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors

Definitions

  • the present invention relates to an electrical device box of the type comprising an outer casing made of molded insulating material.
  • the present invention relates more particularly but not exclusively to a cylindrical arrester housing of this type.
  • the surge arrester is an electrical device that is connected in parallel with another electrical device and which has the function of reducing the overvoltages that may occur at the terminals of the latter.
  • the surge arrester therefore makes it possible to reduce the level of insulation of the electrical appliance and consequently its production cost. More specifically, the arrester is normally an open circuit which becomes a closed circuit parallel to the protected device as soon as a significant overvoltage appears across its terminals.
  • the surge arresters currently available on the market and which are used in electrical energy transport or distribution networks are largely made up of a porcelain shell having the general appearance of a cylindrical tube sometimes closed at one end and which has inside a column of varistors in the form of pellets.
  • the varistors are electrically active elements made up of metal oxide or else silicon carbide, and whose impedance varies non-linearly under the effect of an overvoltage so as to provide adequate protection.
  • the varistors are permanently short-circuited and this results in an electric arc inside the enclosure which generates explosive overpressures as well as temperatures exceeding the melting point of all known metals.
  • pressure relief valves In order to avoid the explosion of the lightning protection enclosures following an internal short circuit, pressure relief valves have been designed in the past, which transfer the electric arc outside using diaphragms and nozzles d 'orientation of hot gases, so as to eliminate internal overpressures.
  • the present invention therefore proposes to replace the use of porcelain, which has the various drawbacks discussed above, in particular but not exclusively by the use of a synthetic insulator of the type described above in the manufacture of an envelope. insulating molded for surge arrester, and more generally in the manufacture of an insulating envelope molded for an electrical device.
  • the envelope is made of an insulating material capable of withstanding a high mechanical tension, and molded on the internal jacket and around the anchoring means, so that the internal wall is integrated into the envelope and the anchoring means are firmly fixed to the insulating material constituting the external envelope.
  • the outer shell is made of an insulating material capable of withstanding a high mechanical tension.
  • This envelope is molded on the inner jacket and around the electrode and the first and second anchoring means, so that the inner jacket and the electrode are integrated into the cylindrical envelope, and that the first and second means d anchorages are firmly attached to the insulating material constituting the outer casing.
  • the insulating material constituting the envelope of the housing according to the invention can be, as already mentioned, a synthetic insulator in particular of concrete-epoxy, concrete-polymer or other type.
  • a synthetic insulator in particular of concrete-epoxy, concrete-polymer or other type.
  • the aggregate is sand and the binder is epoxy, while in the case of polymer concrete, the aggregate is inter alia sand and the binder is a synthetic resin .
  • the insulating material constituting the envelope which can in particular be constituted by a synthetic insulator, makes it possible to construct lightning arresters of electrical energy distribution networks totally resistant to explosions and envelope breakage, at a cost comparable to conventional distribution surge arresters which are liable to explosion.
  • the arrester housing comprises an outer insulating jacket 1 which has the general shape of a vertical cylindrical tube.
  • the casing 1 comprises a closed lower end and an open upper end.
  • the casing 1 is made of an insulating material, in particular a synthetic insulator of the concrete-epoxy, concrete-polymer or other type.
  • This envelope 1 is molded on an internal jacket 2 and around an electrode 3 and anchors for bolts 4 and 5. In this way, the internal wall 2 and the electrode 3 are integrated into the envelope 1, while that the anchors 4 and 5 are firmly fixed to the insulating material constituting the casing 1 since the latter is capable of withstanding a high mechanical tension.
  • the inner wall of the envelope 1 and therefore the inner jacket 2 have the shape of a truncated cone which defines an angle 6 suitable for easily removing the interior mold when the molding of the envelope 1 is completed.
  • the angle 6 of the truncated cone also facilitates the expansion of the gases produced by an electric arc occurring inside the housing of FIG. 1 towards an upper pressure limiting mechanism, which will be explained in more detail in the description which follows.
  • the outer profile of the casing 1 defines a plurality of annular fins such as 7.
  • the fins 7 provide dielectric maintenance of the casing 1 under rain and pollution conditions. Obviously, these fins 7 also contribute to increasing the mechanical resistance of the envelope to internal pressures.
  • the angles 8 and 9 of the fins 7 allow the external mold to be easily removed following the molding of the envelope 1.
  • the electrode 3 has a main portion internal to the housing and centered on the vertical geometric axis 10 thereof.
  • the electrode 3 further comprises an extension which crosses the casing 1 radially and which extends up to a certain distance outside the casing 1 which is suitable for making an external electrical connection and for attracting and receiving the electric arc as will be described below.
  • FIGS. 2 to 5 illustrate a surge arrester using the housing described above with reference to Figure 1 of the drawings.
  • the casing 1 is mounted on a mechanical support 12 using three bolts 13 inserted in the three anchors 4.
  • Figure 3 shows precisely the position of the three anchors 4 and associated bolts 13.
  • bulges such as 14 are provided around each of the anchors 4.
  • the outer profile of the casing 1 lower than the electrode 3 is designed so as to ensure adequate dielectric rigidity between the electrode 3 and the conductive parts associated with the mechanical support 12 over the distances 15, 16 and 17 while minimizing the volume required of the insulating material in the manufacture of the casing 1, and consequently the mass and the cost of the arrester.
  • the external profile of the casing 1 lower than the electrode 3 comprises the lower fin 7 ', a flange 18 and a recess 19 identified in Figure 2 of the drawings.
  • the arrester further comprises a column of varistors such as 20 each having the shape of a patch, this column being centered on the geometric axis 10.
  • the column of varistors 20 is retained in place by means of a spring.
  • mechanical support 21 suitably mounted between the internal portion of the electrode 3 and the varistor column 20, and using the arrester closing device.
  • the internal portion of the electrode 3 comprises an upper part of reduced horizontal section which makes it possible to hold the spring 21.
  • a connector 23 parallel to the mechanical holding spring 21 establishes electrical contact between the underside of the column of varistors 20 and the electrode 3.
  • the device for closing the arrester which consists of a pressure limiting mechanism, firstly comprises an annular cover 24 which is electrically conductive and securely fixed to the casing 1 by means of three bolts 25 associated with the three anchors 5.
  • three holes 26 drilled through the cover 24 to allow its attachment to the casing 1 using the anchors 5 and bolts 25 are provided with an upper recess such as 27 so that the head of the bolts 25 does not exceed the upper surface of the cover 24 so as not to interfere with the fitting of the other elements of the pressure limiting mechanism which are described below.
  • Figures 4 and 5 clearly show the position of the three holes 26, the three bolts 25, and therefore the three anchors 5. More specifically, the anchors 5 are separated from each other d '' an angle of 120 ° to the vertical axis 10.
  • An annular rubber seal 28 (see Figure 2) seals against humidity between the cover 24 and the casing 1.
  • the cover 24 defines an annular corner 29 in which is positioned a centering and holding piece 30 of the varistor column 20.
  • the upper pad 20 ′ (varistor) rests on the piece 30 so that the varistor column 20 can be kept centered thanks to the compressive force exerted by the spring 21.
  • the centering and holding part 30 has a central opening 30 ', and three peripheral passages 31 allowing the escape of gases when an overpressure occurs inside the arrester housing.
  • Figure 4 shows several holes 32 each provided with a thread and which are formed in the cover 24. These holes are used for fixing screws 33 ( Figure 5) provided for fixing on the top of the arrester a diaphragm 34 and a hot gas exhaust nozzle 35.
  • the diaphragm 34 is usually made of a sheet of plastic or of thin aluminum, and is mounted between the circular lower contour 35 ′ of the nozzle 35, and the cover 24.
  • An annular seal 36 of rubber or other elastic material (FIG. 2) seals against humidity between the diaphragm 34 and the cover 24.
  • the cover 24 finally comprises, as illustrated in FIG. 4, a cylindrical hole 37 provided with a thread and making it possible to mount the upper electrical terminal 38 of the arrester.
  • the electrode 3 ( Figure 2) extends outside the casing 1 to a distance sufficient to make an electrical connection with the external circuit using an explosive bolt 39 mounted in a hole 11 ( see Figures 1 and 3) made at the free outer end of the extension of the electrode 3.
  • the extension distance of the electrode 3 outside the casing 1 must also be adequate to attract and receive the arc electric transferred from the inside to the outside of the arrester box.
  • the current from the external circuit to which the surge arrester is electrically connected enters via the upper terminal 38 (arrow 40 in Figure 2). It then passes through the cover 24 to which the terminal 38, the part 30 is connected, and is transmitted to the varistor column 20 (see arrows 41, 42 and 43). It then leaves the varistor column 20 to be transmitted to the electrode 3 through the connector 23 (see arrow 44). The current then feeds the circuit connected to the electrode 3 by the bolt 39 (see arrow 45).
  • an internal electric arc 46 occurs and creates an overpressure which perforates the diaphragm 34 thus allowing the hot gases to be evacuated through the passages 31 and the nozzle 35 towards the integrated electrode 3 thus creating an arc 47 between the nozzle 35 which is made of an electrically conductive material and the external extension of the electrode 3.
  • the arc is thus transferred from the interior to the outside of the arrester housing. Such an arc transfer makes it possible to release the interior of the envelope 1 from the pressures and temperatures which could cause it to explode.
  • a steel blade 48 can also be mounted inside the nozzle 35 in order to facilitate the perforation of the diaphragm 34 during the production of a overpressure inside the arrester housing. More specifically, the blade 48 cuts the diaphragm 34 during its deformation due to internal removal.
  • the inner liner 2 can be made of several materials, such a frosted glass liner ensures both the sealing of the casing 1 against humidity and the protection of this casing against breakage by thermal shock due to the contact of the interior electric arc 46. In fact, during the production of the arc 46, the glass will be touched and will break, thereby preventing the envelope 1 from breaking, which could cause it to explode.
  • the circuit connected to the bolt 39 will be separated from the electrode 3.
  • a bolt explosive such as 39 contains a powder charge, the explosion of which is caused by too large a current (current flowing in the electric arc 46 or 47). A sufficient distance will then be created between the external electrical circuit and the electrode 3 to isolate the arrester from earth when the fault current is interrupted by the circuit breaker provided for this purpose in the electrical supply network.
  • the internal electric arc 46 will usually create a permanent conductive path between the part 30 and the electrode 3 so that following the recharging of the external circuit, the upper terminal 38 is connected to the electrode 3 and the normal network voltage is found on this electrode during normal reclosing of the circuit breaker.
  • the envelope 1 of the surge arrester must then provide adequate electrical insulation between the live electrode 3 and the conductive parts associated with the metallic mechanical support 12 which in several cases are connected to earth. This is the reason why, as already mentioned in the present description, the electrical insulation over the distances 15, 16 and 17 of FIG. 2, must be optimized to ensure adequate dielectric strength between the electrode 3 and the conductive parts associated with the support 12.
  • the housing according to the invention makes it possible to produce distribution surge arresters which are totally explosion-proof and casing breakage by thermal shock, and at a lower cost than conventional distribution surge arresters liable to explosion. , as previously mentioned.

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Description

  • La présente invention concerne un boîtier de dispositif électrique du type comportant une enveloppe externe constituée d'un matériau isolant moulé. La présente invention concerne plus particulièrement mais non exclusivement un boîtier cylindrique de parafoudre de ce type.
  • Il est à noter que dans la présente divulgation et dans les revendications annexées, les termes tels que " isolant" et " isolation" se rapportent à l'isolation électrique entre des pièces conductrices d'électricité sous tension ou mises à la terre.
  • Le parafoudre est un dispositif électrique que l'on raccorde en parallèle avec un autre appareil électrique et qui a pour fonction de réduire les surtensions pouvant se produire aux bornes de ce dernier. Le parafoudre permet donc de réduire le niveau d'isolation de l'appareil électrique et par conséquent son coût de production. Plus spécifiquement, le parafoudre est normalement un circuit ouvert qui devient un circuit fermé parallèle à l'appareil protégé dès qu'une surtension significative apparaît aux bornes de celui-ci.
  • Les parafoudres présentement disponibles sur le marché et qui sont utilisés en réseaux de transport ou de distribution d'énergie électrique sont en grande majorité constitués d'une enveloppe de porcelaine ayant l'aspect général d'un tube cylindrique quelquefois fermé à une extrémité et qui comporte en son intérieur une colonne de varistances sous forme de pastilles. Il est bien connu que les varistances sont des éléments actifs électriquement constitués d'oxyde de métal ou encore de carbure de silicium, et dont l'impédance varie non-linéairement sous l'effet d'une surtension de façon à fournir une protection adéquate. Lorsqu'un parafoudre subit un défaut interne, les varistances sont court-circui- tées en permanence et il en résulte un arc électrique à l'intérieur de l'enveloppe qui génère des surpressions explosives ainsi que des températures excédant le point de fusion de tous les métaux connus. Afin d'éviter l'explosion des enveloppes de parafoudre suite à un court-circuit interne, des limiteurs de pressions ont été conçus dans le passé, lesquels transfèrent l'arc électrique à l'extérieur à l'aide de diaphragmes et de tuyères d'orientation des gaz chauds, de façon à éliminer les surpressions internes.
  • Evidemment, ces mécanismes limiteurs de pression doivent être montés sur une enveloppe de porcelaine, ce qui contribue à les rendre onéreux. En effet, les enveloppes de porcelaine utilisées exclusivement jusqu'à maintenant dans la construction de parafoudres ne peuvent pas tolérer, à coût modéré, les tensions mécaniques requises pour de tels mécanismes limiteurs de pression. C'est pourquoi, on retrouve surtout ces mécanismes dans les parafoudres de postes de transport à haute tension, de tels parafoudres ayant actuellement un coût unitaire dix fois supérieur à celui des parafoudres de distribution utilisés aux tensions inférieures à 35 kV.
  • Ainsi, comme les parafoudres présentement utilisés en réseau de distribution ne sont pas munis des mécanismes limiteurs de pression, ils risquent d'exploser suite à une surpression interne. Cependant, leur coût demeure inférieur au coût comparatif de l'augmention du niveau d'isolation de l'appareil à protéger. Ce ne serait toutefois plus le cas advenant une multiplication par dix de leur coût pour les rendre non explosifs. Donc, les parafoudres non explosifs conventionnels ne sont pas rentables à l'heure actuelle en réseau de distribution.
  • Un autre inconvénient des parafoudres de distribution existants est que, dans la majorité des cas, ils sont soutenus mécaniquement par une bande métallique qui encercle leur enveloppe de porcelaine près de son centre et qui est raccordée à une structure mécanique de support qui est souvent électriquement mise à la terre. Ce type de conception a pour conséquence un allongement exagéré de l'enveloppe de porcelaine dans le seul but de distancer les deux extrémités électriques du parafoudre de la bande métallique de support afin d'obtenir une isolation électrique adéquate entre cette bande de support et les deux extrémités électriques du parafoudre. Ceci contribue évidemment à augmenter le coût d'un parafoudre de ce type.
  • Une autre limitation des parafoudres de distribution conventionnels est leur mauvaise étanchéité à l'humidité. Evidemment, on ne peut, pour augmenter la pression appliquée sur les joints d'étanchéité, employer les mêmes types d'ancrages à forte tension mécanique adaptés à la porcelaine et utilisés dans les parafoudres de postes à haute tension à cause à leur coût prohibitif.
  • Durant les dernières années, de nombreux isolants synthétiques utilisant des agrégats et un liant de type époxy, polymérique ou autre ont produit des caractéristiques diélectriques comparables à celle de la porcelaine. Ceux-ci possèdent en outre deux avantages indiscutables sur la porcelaine, soit la capacité de tenir une tension mécanique très élevée voisine de celle du béton, ainsi que la capacité d'être moulés sur des pièces métalliques ou autre.
  • La présente invention propose donc de remplacer l'usage de la porcelaine, qui présente les différents inconvénients discutés ci-dessus, notamment mais non exclusivement par l'usage d'un isolant synthétique du type décrit ci-dessus dans la fabrication d'une enveloppe isolante moulée pour parafoudre, et de manière plus générale dans la fabrication d'une enveloppe isolante moulée pour dispositif électrique.
  • Plus spécifiquement, la présente invention concerne un boîtier de dispositif électrique, comprenant:
    • une enveloppe externe;
    • une chemise interne constituée d'un matériau non conducteur d'électricité qui présente une étanchéité à l'humidité et qui assure une protection contre le bris de l'enveloppe externe par choc thermique causé par de la chaleur produite à l'intérieur du boîtier; et
    • des moyens d'ancrage pour fixer le boîtier sur un support mécanique.
  • L'enveloppe est constituée d'un matériau isolant capable de tenir une tension mécanique élevée, et moulée sur la chemise interne et autour des moyens d'ancrage, de sorte que la paroi interne est intégrée à l'enveloppe et que les moyens d'ancrage sont fermement fixés au matériau isolant constituant l'enveloppe externe.
  • L'invention a également pour objet un boîtier cylindrique de parafoudre, comprenant:
    • une enveloppe externe cylindrique ayant une première extrémité fermée et une seconde extrémité ouverte;
    • une chemise interne constituée d'un matériau non conducteur d'électricité qui présente une étanchéité à l'humidité et qui assure une protection contre le bris de l'enveloppe cylindrique par choc thermique causé par la production d'un arc électrique à l'intérieur du boîtier;
    • une électrode située à l'extrémité fermée de l'enveloppe cylindrique et qui comporte une portion principale interne au boîtier et un prolongement qui s'étend à partir de la portion interne de l'électrode jusqu'à l'extérieur du boîtier à travers l'enveloppe externe;
    • des premiers moyens d'ancrage montés à l'extrémité fermée de l'enveloppe externe pour fixer le boîtier sur un support mécanique; et
    • des seconds moyens d'ancrage montés à l'extrémité ouverte de l'enveloppe cylindrique pour fixer un dispositif de fermeture du boîtier.
  • Encore une fois, l'enveloppe externe est constituée d'un matériau isolant capable de tenir une tension mécanique élevée. Cette enveloppe est moulée sur la chemise interne et autour de l'électrode et des premiers et seconds moyens d'ancrage, de sorte que la chemise interne et l'électrode sont intégrées à l'enveloppe cylindrique, et que les premiers et seconds moyens d'ancrage sont fermement fixés au matériau isolant constituant l'enveloppe externe.
  • Le matériau isolant constituant l'enveloppe du boîtier selon l'invention peut être, tel que déjà mentionné, un isolant synthétique notamment de type béton-époxy, béton-polymère ou autre. En ce qui concerne le béton-époxy, l'agrégat est du sable et le liant est de l'époxy, tandis que dans le cas du béton-polymère, l'agrégat est entre autres du sable et le liant est une résine de synthèse.
  • En supprimant tous les inconvénients causés par la porcelaine, le matériau isolant constituant l'enveloppe, qui peut notamment être constitué par un isolant synthétique, permet de construire des parafoudres de réseaux de distribution d'énergie électrique totalement à l'épreuve des explosions et des bris d'enveloppe, et ce à un coût comparable aux parafoudres de distribution conventionnels qui sont susceptibles d'explosion.
  • Bien entendu, tout autre matériau ayant des propriétés similaires aux isolants synthétiques de type béton-époxy et béton-polymère pourrait être utilisé dans la fabrication de l'enveloppe, et ce sans sortir du cadre de l'invention.
  • Les avantages et autres caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description détaillée qui suit d'un exemple de réalisation de celle-ci, appliqué aux parafoudres et donné à titre d'exemple non limitatif seulement avec référence aux dessins annexés dans lesquels:
    • la Figure 1 représente une coupe selon un plan vertical d'un boîtier cylindrique de parafoudre selon la présente invention;
    • la Figure 2 représente une coupe selon un plan vertical d'un parafoudre comprenant le boîtier cylindrique de la Figure 1;
    • la Figure 3 représente une vue de dessous du parafoudre de la Figure 2;
    • la Figure 4 illustre une coupe selon un plan horizontal d'un dispositif de fermeture du parafoudre de la Figure 2; et
    • la Figure 5 représente une vue en plan du parafoudre de la Figure 2.
  • Tel que représenté à la Figure 1 des dessins, le boîtier de parafoudre selon l'invention comporte une enveloppe isolante externe 1 qui présente la forme générale d'un tube cylindrique vertical. L'enveloppe 1 comprend une extrémité inférieure fermée et une extrémité supérieure ouverte. Tel que déjà mentionné, l'enveloppe 1 est constituée d'un matériau isolant, notamment un isolant synthétique de type béton-époxy, béton-polymère ou autre. Cette enveloppe 1 est moulée sur une chemise interne 2 et autour d'une électrode 3 et d'ancrages pour boulons 4 et 5. De cette façon, la paroi interne 2 et l'électrode 3 se trouvent intégrées à l'enveloppe 1, tandis que les ancrages 4 et 5 sont fermement fixés au matériau isolant constituant l'enveloppe 1 puisque celui-ci est capable de tenir une tension mécanique élevée.
  • La paroi intérieure de l'enveloppe 1 et par conséquent la chemise interne 2 ont la forme d'un tronc de cône qui définit un angle 6 adéquat pour facilement retirer le moule intérieur lorsque le moulage de l'enveloppe 1 est complété. L'angle 6 du tronc de cône facilite également l'expansion des gaz produits par un arc électrique survenant à l'intérieur du boîtier de la Figure 1 vers un mécanisme supérieur de limitation de pression, qui sera explicité plus en détail dans la description qui suit.
  • Le profil extérieur de l'enveloppe 1 définit une pluralité d'ailettes annulaires telles que 7. Comme les parafoudres sont destinés à être montés à l'extérieur, il est bien connu que les ailettes 7 assurent un maintien diélectrique de l'enveloppe 1 sous des conditions de pluie et de pollution. Evidemment, ces ailettes 7 contribuent également à augmenter la résistance mécanique de l'enveloppe à des pressions internes. Les angles 8 et 9 des ailettes 7 permettent de facilement retirer le moule extérieur suite au moulage de l'enveloppe 1.
  • Tel que représenté sur la Figure 1, l'électrode 3 comporte une portion principale interne au boîtier et centrée sur l'axe géométrique vertical 10 de celui-ci. L'électrode 3 comporte en outre un prolongement qui traverse radialement l'enveloppe 1 et qui s'étend jusqu'à une certaine distance à l'extérieur de l'enveloppe 1 qui soit adéquate pour effectuer un raccord électrique externe et pour attirer et recevoir l'arc électrique tel qu'il sera décrit ci-après.
  • Les Figures 2 à 5 illustrent un parafoudre utilisant le boîtier décrit ci-dessus avec référence à la Figure 1 des dessins.
  • Tel qu'illustré aux Figures 2 et 3, l'enveloppe 1 est montée sur un support mécanique 12 à l'aide de trois boulons 13 insérés dans les trois ancrages 4. La Figure 3 montre de façon précise la position des trois ancrages 4 et des boulons associés 13. Afin d'obtenir une fixation plus solide des ancrages 4 dans le matériau isolant constituant l'enveloppe 1 des renflements tels que 14 sont prévus autour de chacun des ancrages 4.
  • Le profil externe de l'enveloppe 1 inférieur à l'électrode 3 est conçu de façon à assurer une rigidité diélectrique adéquate entre l'électrode 3 et les pièces conductrices associées au support mécanique 12 sur les distances 15, 16 et 17 tout en minimisant le volume requis du matériau isolant dans la fabrication de l'enveloppe 1, et par voie de conséquence la masse et le coût du parafoudre. A cette fin, le profil externe de l'enveloppe 1 inférieur à l'électrode 3 comporte l'ailette inférieure 7', un rebord 18 et un évidement 19 identifiés dans la Figure 2 des dessins.
  • Le parafoudre comporte en outre une colonne de varistances telles que 20 ayant chacune la forme d'une pastille, cette colonne étant centrée sur l'axe géométrique 10. La colonne de varistances 20 est retenue en place à l'aide d'un ressort de maintien mécanique 21 monté adéquatement entre la portion interne de l'électrode 3 et la colonne de varistances 20, et à l'aide du dispositif de fermeture du parafoudre.
  • La portion interne de l'électrode 3 comporte une partie supérieure de section horizontale réduite qui permet de maintenir en place le ressort 21. De plus, un raccord 23 parallèle au ressort de maintien mécanique 21 établit le contact électrique entre la face inférieure de la colonne de varistances 20 et l'électrode 3.
  • Le dispositif de fermeture du parafoudre qui consiste en un mécanisme limiteur de pression comporte tout d'abord un couvercle annulaire 24 conducteur d'électricité et solidement fixé à l'enveloppe 1 à l'aide de trois boulons 25 associés aux trois ancrages 5. Les trois trous 26 percés à travers le couvercle 24 pour permettre sa fixation à l'enveloppe 1 à l'aide des ancrages 5 et boulons 25 sont munis d'un évidement supérieur tel que 27 de sorte que la tête des boulons 25 ne dépasse pas la surface supérieure du couvercle 24 afin de ne pas nuire à la pose des autres éléments du mécanisme limiteur de pression qui sont décrits ci-après.
  • Il est à noter que les Figures 4 et 5 montrent clairement la position des trois trous 26, des trois boulons 25, et par conséquent des trois ancrages 5. Plus spécifiquement, les ancrages 5 sont séparés l'un par rapport à l'autre d'un angle de 120° par rapport à l'axe vertical 10.
  • Un joint annulaire de caoutchouc 28 (voir Figure 2) assure une étanchéité à l'humidité entre le couvercle 24 et l'enveloppe 1.
  • Le couvercle 24 définit un coin annulaire 29 dans lequel est positionné une pièce de centrage et de maintien 30 de la colonne de varistances 20. La pastille supérieure 20' (varistance) s'appuie sur la pièce 30 de sorte que la colonne de varistances 20 puisse être maintenue centrée grâce à la force de compression exercée par le ressort 21.
  • Tel qu'illustré sur la Figure 4, la pièce de centrage et de maintien 30 comporte une ouverture centrale 30', et trois passages périphériques 31 permettant l'échappement des gaz lorsque survient une surpression à l'intérieur du boîtier de parafoudre.
  • La Figure 4 montre plusieurs trous 32 munis chacun d'un pas de vis et qui sont pratiqués dans le couvercle 24. Ces trous servent à la fixation de vis 33 (Figure 5) prévues pour fixer sur le dessus du parafoudre un diaphragme 34 et une tuyère d'évacuation des gaz chauds 35.
  • Le diaphragme 34 est habituellement fabriqué d'une feuille de plastique ou encore d'aluminium mince, et est monté entre le contour inférieur circulaire 35' de la tuyère 35, et le couvercle 24.
  • Un joint annulaire 36 de caoutchouc ou autre matériau élastique (Figure 2) assure une étanchéité à l'humidité entre le diaphragme 34 et le couvercle 24.
  • Le couvercle 24 comprend finalement, tel qu'illustré dans la Figure 4, un trou cylindrique 37 muni d'un pas de vis et permettant de monter la borne électrique supérieure 38 du parafoudre.
  • L'électrode 3 (Figure 2) se prolonge à l'extérieur de l'enveloppe 1 jusqu'à une distance adéquate pour effectuer un raccord électrique avec le circuit extérieur à l'aide d'un boulon explosif 39 monté dans un trou 11 (voir Figures 1 et 3) pratiqué à l'extrémité extérieure libre du prolongement de l'électrode 3. La distance de prolongement de l'électrode 3 à l'extérieur de l'enveloppe 1 doit également être adéquate pour attirer et recevoir l'arc électrique transféré depuis l'intérieur jusqu'à l'extérieur du boîtier du parafoudre.
  • En condition normale, le courant provenant du circuit extérieur auquel le parafoudre est relié électriquement entre par la borne supérieure 38 (flèche 40 de la Figure 2). Il traverse ensuite le couvercle 24 auquel est relié la borne 38, la pièce 30, et est transmis à la colonne de varistances 20 (voir flèches 41, 42 et 43). Il quitte ensuite la colonne de varistances 20 pour être transmis à l'électrode 3 à travers le raccord 23 (voir flèche 44). Le courant alimente alors le circuit relié à l'électrode 3 par le boulon 39 (voir flèche 45).
  • Lors d'une défaillance des varistances 20 de la colonne disposée à l'intérieur de l'enveloppe 1, un arc électrique interne 46 se produit et crée une surpression qui perfore le diaphragme 34 laissant ainsi évacuer les gaz chauds par les passages 31 et la tuyère 35 en direction de l'électrode intégrée 3 créant ainsi un arc 47 entre la tuyère 35 qui est fabriquée en un matériau conducteur d'électricité et le prolongement externe de l'électrode 3. L'arc est ainsi transféré depuis l'intérieur vers l'extérieur du boîtier du parafoudre. Un tel transfert d'arc permet de libérer l'intérieur de l'enveloppe 1 des pressions et des températures qui pourraient en provoquer l'explosion.
  • Une lame 48 en acier peut également être montée à l'intérieur de la tuyère 35 afin de faciliter la perforation du diaphragme 34 lors de la production d'une surpression à l'intérieur du boîtier du parafoudre. Plus spécifiquement, la lame 48 coupe le diaphragme 34 lors de sa déformation due à une supression interne.
  • Bien que la chemise interne 2 puisse être fabriquée de plusieurs matériaux, une telle chemise en verre dépoli assure à la fois une étanchéité de l'enveloppe 1 à l'humidité et une protection de cette enveloppe contre le bris par choc thermique dû au contact de l'arc électrique intérieur 46. En effet, lors de la production de l'arc 46, le verre sera touché et se brisera pour ainsi éviter le bris de l'enveloppe 1 qui pourrait en provoquer l'explosion.
  • Suite à la production de l'arc et à son transfert depuis l'intérieur jusqu'à l'extérieur du boîtier, le circuit relié au boulon 39 sera séparé de l'électrode 3. En effet, il est bien connu qu'un boulon explosif tel que 39 contient une charge de poudre dont l'explosion est provoquée par un courant trop grand (courant circulant dans l'arc électrique 46 ou 47). Une distance suffisante sera alors créée entre le circuit électrique externe et l'électrode 3 pour isoler le parafoudre de la terre lorsque le courant de défaut est interrompu par le disjoncteur prévu à cet effet dans le réseau d'alimentation électrique. Il faut remarquer que l'arc électrique intérieur 46 créera habituellement un chemin conducteur permanent entre la pièce 30 et l'électrode 3 de sorte que suite à la réalimentation du circuit externe, la borne supérieure 38 se trouve reliée à l'électrode 3 et la tension normale du réseau se retrouve sur cette électrode lors du ré-enclechement normal du disjoncteur. L'enveloppe 1 du parafoudre doit alors fournir une isolation électrique adéquate entre l'électrode 3 sous tension et les pièces conductrices associées au support mécanique métallique 12 qui dans plusieurs cas sont raccordées à la terre. C'est la raison pour laquelle, tel que déjà mentionné dans la présente description, l'isolation électrique sur les distances 15, 16 et 17 de la Figure 2, doit être optimisée pour assurer une tenue diélectrique adéquate entre l'électrode 3 et les pièces conductrices associées au support 12.
  • Les principaux avantages du boîtier selon l'invention peuvent être résumés comme suit:
    • - une économie due à l'usage de matériaux isolants autres que la porcelaine pour fabriquer l'enveloppe 1 ;
    • - les matériaux isolants utilisés permettent sans complexité additionnelle l'usage d'ancrages pour boulons peu coûteux qui produisent une meilleure étanchéité du couvercle 24 en permettant l'application d'une pression adéquate sur le joint d'étanchéité 28, résistent à la tension mécanique du mécanisme limiteur de pression monté à la partie supérieure du parafoudre, et permettent de fixer le parafoudre à un support mécanique situé à l'extrémité inférieure de celui-ci et donc avantageusement loin des pièces métalliques sous tension (ceci est rendu possible grâce à la résistance mécanique élevée du matériau constituant l'enveloppe 1 qui maintient fermement en place les ancrages pour boulons);
    • - les ancrages pour boulons 5 permettent un montage facile du mécanisme limiteur de pression, simplifiant donc le système d'attache d'un tel mécanisme à l'enveloppe en comparaison avec les systèmes d'attache conventionnels adaptés à la porcelaine pour ainsi permettre de munir à faible coût un parafoudre d'un mécanisme limiteur de pression pour le rendre non explosif;
    • - les matériaux isolants utilisés permettent l'intégration de l'électrode 3 agissant comme borne électrique intégrée à l'enveloppe isolante 1 limitant ainsi le nombre et l'encombrement créé par les pièces conventionnelles de raccords ainsi que les frais d'assemblage; et
    • - les matériaux isolants utilisés peuvent être moulés sur une paroi intérieure de verre dépoli ou en un autre matériau adéquat qui assure une parfaite étanchéité à l'humidité du boîtier et constitue un écran contre les bris par chocs thermiques auxquels sont sensibles la porcelaine et certains matériaux isolants lorsqu'ils sont mis en contact direct avec un arc électrique de court-circuit interne.
  • Il a été constaté que le boîtier selon l'invention permet de produire des parafoudres de distribution totalement à l'épreuve des explosions et des bris d'enveloppe par chocs thermiques, et ce à un coût inférieur aux parafoudres de distribution conventionnels susceptibles d'explosion, tel que mentionné précédemment.
  • Bien que la présente invention ait été décrite à l'aide d'un mode de réalisation préféré de celle-ci, il doit être noté que toute modification de ce mode de réalisation ou autre utilisation de celui-ci peut être effectuée, à condition de respecter l'étendue des revendications annexées, sans changer la nature de la présente invention.

Claims (22)

1. Un boîtier de dispositif électrique, caractérisé en ce qu'il comprend :
une enveloppe externe (1)
une chemise interne (2) constituée d'un matériau non conducteur d'électricité qui présente une étanchéité à l'humidité et qui assure une protection contre le bris de ladite enveloppe externe (1) par choc thermique causé par de la chaleur produite à l'intérieur du boîtier; et
des moyens d'ancrage (4) pour fixer le boîtier sur un support mécanique (12);
ladite enveloppe (1) étant constituée d'un matériau isolant capable de tenir une tension mécanique élevée, et moulée sur ladite chemise interne (2) et autour desdits moyens d'ancrage (4), de sorte que la chemise interne (2) est intégrée à ladite enveloppe (1) et que les moyens d'ancrage (4) sont fermement fixés au matériau isolant constituant l'enveloppe externe (1).
2. Un boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe externe (1) est cylindrique.
3. Un boîtier selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'enveloppe cylindrique (1) comporte une paroi intérieure ayant la forme d'un tronc de cône.
4. Un boîtier selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'enveloppe cylindrique (1) a un axe géométrique (10) et comporte une pluralité d'ailettes externes annulaires (7) situées chacune dans un plan perpendiculaire audit axe géométrique (10).
5. Un boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'ancrage comportent une pluralité d'ancrages pour boulons (4).
6. Un boîtier selon la revendication 1, caracterisé en ce qu'il comporte une ouverture et des moyens d'ancrage additionnels (5) pour monter sur le boîtier un dispositif de fermeture de cette ouverture, ladite enveloppe (1) étant moulée autour des moyens d'ancrage additionnels (5) de sorte que ceux-ci sont fermement fixés au matériau isolant constituant l'enveloppe externe (1).
7. Un boîtier selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens d'ancrage additionnels comprennent une pluralité d'ancrages pour boulons (5).
8. Un boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une électrode (3) ayant une portion principale interne audit boîtier et un prolongement qui s'étend à partir de ladite portion interne jusqu'à l'extérieur du boîtier à travers l'enveloppe externe (1), ladite enveloppe (1) étant moulée autour de l'électrode (3) de sorte que celle-ci est intégrée à l'enveloppe externe (1).
9. Un boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau constituant l'enveloppe externe (1) comporte un isolant synthétique.
10. Un boîtier selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit isolant synthétique comporte du béton-époxy.
11. Un boîtier selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit isolant synthétique comprend du béton polymére.
12. Un boîtier cylindrique de parafoudre, caractérisé en ce qu'il comprend :
une enveloppe externe cylindrique (1) ayant une première extrémité fermée et une seconde extrémité ouverte ;
une chemise interne (2) constituée d'un matériau non conducteur d'électricité qui présente une étancheité à l'humidité et qui assure une protection contre le bris de ladite enveloppe cylindrique (1) par choc thermique causé par la production d'un arc électrique (46) à l'intérieur du boîtier;
une électrode (3) située à l'extrémité fermée de l'enveloppe cylindrique (1) et qui comporte une portion principale interne audit boîtier et un prolongement qui s'étend à partir de ladite portion interne jusqu'à l'extérieur du boîtier à travers l'enveloppe externe (1);
des premiers moyens d'ancrage (4) montés à l'extrémité fermée de l'enveloppe externe (1) pour fixer le boîtier sur un support mécanique (12); et des seconds moyens d'ancrage (5) montés à l'extrémité ouverte de l'enveloppe cylindrique (1) pour fixer un dispositif de fermeture dudit boîtier;
ladite enveloppe (1) étant constituée d'un matériau isolant capable de tenir une tension mécanique élevée, et moulée sur la chemise interne (2) et autour de l'électrode (3) et des premiers (4) et seconds (5) moyens d'ancrage, de sorte que ladite chemise interne (2) et ladite électrode (3) sont intégrées à l'enveloppe cylindrique (1), et que les premiers (4) et seconds (5) moyens d'ancrage sont fermement fixés au matériau isolant constituant l'enveloppe externe (1).
13. Un boîtier cylindrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que les premiers et seconds moyens d'ancrage comportent des ancrages pour boulons (4, 5).
14. Un boîtier cylindrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'extrémité fermée de l'enveloppe cylindrique (1) comporte un évidement externe (19) et au moins une ailette externe annulaire (7') entourant ladite enveloppe (1) qui assurent une isolation électrique adéquate entre ladite électrode (3) et ledit support mécanique (12), l'enveloppe cylindrique (1) ayant un axe géométrique (10) et l'ailette annulaire (7') étant située dans un plan perpendiculaire à cet axe géométrique (10).
15. Un boîtier cylindrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite enveloppe (1) a un axe géométrique (10) et comporte une pluralité d'ailettes externes annulaires (7), situées chacune dans un plan perpendiculaire audit axe géométrique (10).
16. Un boîtier cylindrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'enveloppe cylindrique (1) définit une paroi interne qui a la forme d'un tronc de cône ayant un diamètre qui augmente à partir de l'extrémité fermée vers l'extrémité ouverte de l'enveloppe (1), ladite chemise interne (2) ayant également la forme d'un tronc de cône.
17. Un boîtier cylindrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que le matériau non conducteur constituant ladite paroi interne (2) comporte du verre dépoli.
18. Un boîtier cylindrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que le matériau isolant constituant l'enveloppe externe (1) comprend un isolant synthétique.
19. Un boîtier cylindrique selon la revendication 18, caractérisé en ce que ledit isolant synthétique comporte du béton-époxy.
20. Un boîtier cylindrique selon la revendication 18, caractérisé en ce que ledit isolant synthétique comporte du béton-polymère.
21. Un boîtier cylindrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que le prolongement de ladite électrode (3) traverse l'enveloppe cylindrique (1) radialement.
22. Un boîtier cylindrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit dispositif de fermeture du boîtier comporte des moyens limiteurs de pression (31, 34, 35, 48).
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